26. Общие сведения о компрессорах

Назначение компрессоров состоит в сжатии газов и перемещении их к потребителям по трубопроводным системам.

Основными параметрами, характеризующими работу компрессора, являются объемная подача , которая исчисляется обычно при условиях всасывания, начальное и конечное давления или степень повышения давления , частота вращения n и мощность N на валу компрессора.

Компрессоры соответственно способу действия можно разделить две основные группы: объемные и лопастные. При классификации по конструктивному признаку объемные компрессоры подразделяются на поршневые и роторные, а лопастные – на центробежные и осевые.

В промышленном производстве наибольшее распространение имеют лопастные компрессоры и главным образом центробежные. Они широко применяются на горно-металлургических, химических и других предприятиях в качестве: дутьевых машин ( p₂ < 0,3 МПа); источника энергии для пневматического оборудования ( p₂ = 0,5. .1,0 МПа) и криогенных машин (p₂ > 3,0 МПа). Осевые компрессоры как отдельные производственные агрегаты применяются реже центробежных. Они используются в ряде производственных процессов, в газопроводных системах, в газотурбинных установках, для наддува ДВС и прочего.

27. Принцип действия центробежного компрессора

Сжатие воздуха в центробежном компрессоре центробежном осуществляется аэродинамическими силами, возникающими при взаимодействии лопаток вращающегося рабочего колеса с потоком воздуха.

Рис.24. Секция центробежного компрессора

Поскольку степень повышения давления в одной ступени машины невелико и составляет для центробежного колеса , а для осевого – , то при­меняются многоступенчатые компрессоры, в которых воздух сжимается последовательно. При этом поток воздуха из предыдущей в последующую ступень мо­жет поступать непосредственно или проходя через промежуточ­ный холодильник и охлаждаясь в нем. Ступень, из которой поток поступает в пневматическую сеть, называют концевой.

К центробежному рабочему колесу воздух подводится через входное уст­ройство, которое должно обеспечивать равномерное распределе­ние скорости потока по его сечению (рис.24). Из рабочего колеса 1 поток сжатого воздуха попадает в кольцевой диффузор 2 и далее в лопаточный диффу­зор 3. Диффузор 2 представляет собой кольцевое про­странство и служит в основном для выравнивания поля скоростей потока, выходящего из рабочего колеса и для преобразования кине­тической энергии в потенциальную. Из лопаточного диффузора 3 промежуточной секции компрес­сора поток поступает по колену 4 в обратный направляющий лопаточный аппарат 5, который одновременно играет роль диффузора, дополнительно преобразующего кинетическую энергию в потенциальную.

28. Термодинамика компрессорного процесса

Как известно из курса термодинамики сжатие газа связано с преобразованием подводимой механической энергии в тепловую. В зависимости от количества тепла непосредственно участвующего в сжатии газа различают процессы: политропный, адиабатный и изотермический.

Политропный процесс является общим видом термодинамического процесса и обычно протекает в компрессорах с отводом некоторого количества тепла в результате чего изменяется энтропия газа (n<k).

Рис.25. Т-s диаграмма политроп- ного компрессорного процесса

В политропном компрессорном процессе (Рис.25) при n<k ли­ния 1-2 представляет собой сжатие газа; линия 2-3 - процесс изобарного охлаждения­ сжатого газа, уходящего из компрессора, который протекает в охладителе и в трубопроводной сети. Сжатие (повыше­ние давления) сопровождается увеличением энтропии и повышением температуры газа.

Соответственно закону сохранения энергии работа, затрачиваемая компрессором на сжатие и выталкивание газа представляется сум­мой теплоты, отводимых от газа в процессах сжатия и изобарного охлаждения. При этом учтём, что в тепловых единицах, количество энергии, подводимое к газу для осущест­вления компрессорного процесса, представляется суммой площадей диаграммы 1-2-5-6 и 2-3-4-5 . Соответственно

полная энергия, расходуемая компрессором (без энергии, идущей на покрытие механи­ческих и объемных потерь), выражается площадью 2-3-4-6.

Очевидно, что снижение энергетических затрат требует возможно большего охлаждения газа в процессе его сжатия.